Генетическое программирование

В машинном обучении генетическое программирование (ГП) — автоматическое создание или изменение программ с помощью генетических алгоритмов. С помощью этой методологии «выращиваются» программы, всё лучше и лучше (в соответствии с определенной функцией приспособленности для хромосом) решающие поставленную вычислительную задачу.

История

Кодирование алгоритма

Выбор способа кодирования программы в генетическом алгоритме — один из основных вопросов генетического программирования. Программа должна быть закодирована в таком виде, чтобы легко было автоматически вносить случайные изменения (оператор мутации) и объединять два алгоритма в один (оператор скрещивания).

Способы кодирования можно разделить на два класса:

• Прямое кодирование — генетический алгоритм работает с программой в явном виде.
• Косвенное кодирование — генетический алгоритм работает не с самим кодом программы, а с правилами его построения. То есть генетический алгоритм работает с программой, которая генерирует нужную нам программу.

Нейронные сети

Древовидное

В древовидном кодировании каждый узел дерева содержит функцию, а каждый лист — операнд. Выражение, представленное в виде дерева, может быть легко рекурсивно посчитано. Традиционное ГП легче использовать для выращивания программ, написанных на языках, естественным образом воплощающих древовидную структуру: Lisp, Haskell, F# и других функциональных языках программирования.

Недревовидные представления программ также были предложены и успешно реализованы, например, линейное генетическое программирование, подходящее для традиционных императивных языков.

Оператор скрещивания

Оператор скрещивания для древовидного представления программ

В древовидном представлении оператор скрещивания реализуется обменом между двумя деревьями какими-либо узлами вместе с их потомками (поддеревьями).

Пример:

individual.Children[randomChildIndex] = otherIndividual.Children[randomChildIndex];

Оператор мутации

В отличие от оператора скрещивания, оператор мутации затрагивает только одну хромосому. В древовидном представлении он может быть реализован изменением информации в узле или добавлением / удалением узла или целого поддерева. При этом надо следить за корректностью результатов оператора.

Пример:

individual.Information = randomInformation();

или

individual = generateNewIndividual();

Метагенетическое программирование

Метагенетическое программирование — это ГП, в котором изменяется и, тем самым, «выращивается» не только заданная компьютерная программа, но и сами применяемые операторы скрещивания и мутации.